脂肪酶选择性调控的构象工程方法及其机理研究

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酶的“微环境-构象-性能(选择性或活性)”三者之间是互相联系的。本文主要研究了酶催化立体选择性调控的构象工程方法及其机制,即将酶反应的对映选择性(E值)与酶的催化环境参数相关联,同时通过光谱学手段监测微环境改变时酶构象的变化规律。以皱褶假丝酵母脂肪酶(Candidarugosalipase,CRL)催化消旋1-苯乙醇乙酸酯和酮洛芬氯乙酯的对映选择性水解为模型反应,考察了酶在不同反应介质中的催化性能。在水解1-苯乙醇乙酸酯的实验中发现,与中性、不含添加剂的反应介质相比,弱酸性(pH6.0)或者含1mmol/L铜离子添加剂的反应介质能将酶的活性与选择性(E值)提高到原来的2倍左右。从动力学角度分析,在pH6.0和1mmol/L铜离子添加到反应介质中,酶促水解反应的活化能△G(R)分别减小了14.4和7.0kJmol-1,Kcat(R)分别增加了19.7和12.7×10-3h-1,使对映体选择率参数Kcat(R)/Kcat(S)有显著提高,这些参数的变化表明酶的活性和选择性都有明显的提高。为了从酶分子结构的角度对上述现象给出合理的解释,本文采用光谱学的手段研究了不同溶液系统中酶构象的变化。从CRL的荧光发射光谱分析,随着铜离子的加入,峰强(Imax)下降到了原来的1/3,伴随着荧光发射峰波长(λmax)的红移,意味着色氨酸残基更多地暴露于溶剂中。而降低体系pH时,λmax却发生了蓝移。紫外光谱和Raman光谱也验证了酸性的反应介质和添加铜离子对酶构象会造成不同的变化趋势,但这种构象变化的结果都使酶趋于形成一个更柔性的构象从而提高酶的催化性能。另外,酶在固定化时能记忆其在溶液介质中的构象,考察了溶液介质、沉淀剂对交联酶聚集体(CLEAs)制备的影响。
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